Mit dem Selektiven Laserschmelzen (Selective Laser Melting, SLM) lassen sich bislang eher kleinvolumige Bauteile kostengünstig herstellen. Nun hat das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT ein wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung massiver, großvolumiger Bauteile mittels SLM entwickelt, indem es SLM mit dem Fertigungsverfahren Gießen kombiniert.
Der Großteil aller Kunststoffbauteile wird durch Spritzguss hergestellt. Mit generativen Fertigungsverfahren wie dem SLM ist es möglich, die hierfür benötigten Werkzeugeinsätze mit komplexen konturnahen Kühlkanälen auszustatten. Diese ermöglichen das Erwärmen der Werkzeugform beim Einspritzen und das rasche und gleichmäßige Abkühlen der Schmelze für eine schnelle und verzugsfreie Fertigung. Die Herstellung großvolumiger Werkzeugeinsätze mit SLM ist allerdings sehr kostenintensiv, da die maßgeblichen Fertigungskosten vom Bauvolumen abhängen.
Wissenschaftler des Fraunhofer ILT haben daher in Zusammenarbeit mit dem Gießerei-Institut der RWTH Aachen University und Partnern aus der Industrie das SLM-Verfahren mit dem Gießverfahren kombiniert. Im Vorhaben „Gencast“, vom BMBF im Rahmen der ZIM Initiative gefördert, haben die Projektpartner das notwendige Prozessverständnis erarbeitet und die Prozesskette für das Kombiverfahren entwickelt.
Herstellungskosten von Werkzeugeinsätzen gesenkt
Die Idee, die hinter der Kombination der Verfahren steckt, ist folgende: Die Hülle des Werkzeugeinsatzes wird mit SLM aus Warmarbeitsstählen (1.2343 oder 1.2709) gefertigt. Dabei werden die Temperierkanäle mit komplexen Geometrien weiterhin genau dort eingebracht, wo sie zur Erwärmung oder Kühlung des Bauteils benötigt werden. Die so aufgebaute Werkzeughülle dient als Gussform, die in einem nachfolgenden Arbeitsschritt mittels Gießen mit Grauguss (z. B. GJL200) oder hochwärmeleitfähigem Kupfer schnell und kostengünstig aufgefüllt wird. Gegenüber einem vollständig mit SLM hergestellten Bauteil lässt sich die Bauzeit um bis zu 80 Prozent verringern. Je größer das Bauteil ist, desto mehr kommen die Vorteile dieses Kombiverfahrens zum Tragen. Bereits ab einer Baugröße von einem halben Liter kann das Verfahren sinnvoll eingesetzt werden.
Auf der Euromold 2014 in Frankfurt hat das Fraunhofer ILT erstmals ein auf diese Weise hergestelltes Demonstrator-Bauteil der Öffentlichkeit vorgestellt. Zu sehen war ein mit dem Kombiverfahren hergestellter Werkzeugkern mit Kühlkanälen im Querschnitt.
Fraunhofer ILT www.ilt.fraunhofer.de
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